探索 JIT 编译：基于 .NET DynamicMethod 的方法级 JIT 方案

[eanzhao]

背景

当前 lua-net 是纯解释器实现。调研 LuaJIT 架构后，确认追踪式 JIT 不适合 .NET 平台（需要直接发射机器码，无法利用 .NET GC 和安全模型）。

更合适的方案是方法级 JIT：将 Lua 字节码翻译为 CIL，通过 DynamicMethod + ILGenerator 发射，让 RyuJIT 完成原生码编译。

与 LuaJIT 的关键差异

维度	LuaJIT	lua-net JIT 方案
编译单元	线性追踪（跨函数热路径）	方法/函数
目标码	x86/ARM 机器码	CIL → RyuJIT → 原生码
寄存器分配	自研反向线性扫描	RyuJIT 自动处理
类型特化	追踪录制时隐式获取	需要显式类型反馈收集
退优化	快照 + 侧出口	类型守卫 + 回退到解释器

.NET 免费提供：寄存器分配、指令选择、机器码内存管理、多架构支持。

需要新增的模块

src/Lua.JIT/
├── Profiling/
│   ├── HotCountProfiler.cs        热点计数（函数调用 + 循环回边）
│   └── TypeProfiler.cs            运行时类型反馈收集
├── IR/
│   ├── IrOpcode.cs                IR 操作码
│   ├── IrInstruction.cs           SSA 指令节点
│   ├── IrBuilder.cs               字节码 → IR（方法级 CFG，非追踪）
│   └── IrFunction.cs              基本块 + 控制流图
├── Optimization/
│   ├── ConstantFolder.cs          常量折叠与代数简化
│   ├── DeadCodeEliminator.cs      死代码消除
│   ├── TypeSpecializer.cs         根据类型反馈插入类型守卫
│   ├── NarrowingPass.cs           float → int 窄化
│   └── InlineExpander.cs          小函数内联
├── Emit/
│   ├── CilEmitter.cs              IR → CIL（DynamicMethod + ILGenerator）
│   ├── GuardEmitter.cs            类型守卫 + 退优化分支
│   └── TableAccessEmitter.cs      表访问快速路径
└── Runtime/
    ├── Deoptimizer.cs             守卫失败时恢复解释器状态
    ├── JitHelpers.cs              JIT 代码调用的运行时辅助方法
    └── CompiledFunction.cs        编译后的委托包装

分阶段计划

阶段	内容	预期收益
Phase 0	模板 JIT：每个字节码对应一段 CIL 模板，无 IR 层	2–5x 加速，数周可完成
Phase 1	热点计数 + 类型反馈收集（埋点到解释器）	为后续优化提供数据
Phase 2	IR 构建器（字节码 → SSA IR + 基本块）	验证 IR 正确性
Phase 3	CIL 发射器（类型特化算术 + 简单控制流）	数值密集型代码大幅加速
Phase 4	类型守卫 + 退优化（守卫失败安全回退解释器）	多态函数安全处理
Phase 5	常量折叠 + DCE + float→int 窄化	进一步优化
Phase 6	表访问优化 + 内联缓存 + 函数内联	接近 LuaJIT 性能水平

前置条件

JIT 工作应在路线图 Step 1–10（解释器 + 标准库 + coroutine）基本完成后再启动，原因：

• JIT 编译的语义正确性依赖解释器作为参考实现
• 退优化需要回退到解释器，解释器必须功能完备
• 类型反馈收集需要解释器执行路径稳定
• coroutine 的 yield/resume 会影响 JIT 调用栈设计

参考资料

• LuaJIT 源码 — 追踪式 JIT 参考架构
• System.Reflection.Emit — .NET 动态代码生成
• RyuJIT 概述 — .NET JIT 编译器